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Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 104

O ar é mantido em um conjunto cilindro-pistão vertical por um pistão com 25 kg de massa e uma área de face de 0,005 m². A massa de ar tem 2,5 kg e inicialmente ocupa um volume de 2,5 litros. A atmosfera exerce uma pressão de 100 kPa sobre o topo do pistão. O volume do ar diminui lentamente para 0,001 m³ conforme a energia é lentamente removida por transferência de calor com uma magnitude de 1 kJ. Desprezando o atrito entre o pistão e a parede do cilindro, determine a variação da energia interna específica do ar, em kJ/kg. Considere g=9,81 m/s².

Passo 1

Falaaa pessoal, como vocês estão? Bom, bora pra mais uma questão desse assunto!

Pra resolver essa questão, vamos assumir que se trata de um sistema fechado.

Utilizando o balanço energético para o sistema, temos que:

∆ K E + ∆ P E p i s t o n + ∆ P E g a s + ∆ U p i s t ã o + ∆ U g a s + ∆ U r e s i s t o r = Q - W

Ou seja:

∆ P E p i s t o n + ∆ U g a s = - W

Para o pistão, a gente tem que:

∆ P E p i s t o n = m g ( Z 2 - Z 1 )

Como o sistema deixa o pistão com movimento livre, temos que:

W = W e l e t + ∫ Z 1 Z 2 P a t m   p i s t a o d z → W = W e l e t + P a t m   p i s t a o ( Z 2 - Z 1 )

Enfim, vamos ter que:

∆ U g a s = - W e l e t - P a t m   p i s t a o Z 2 - Z 1 - m g ( Z 2 - Z 1 )

∆ U g a s = - - 5 - 14,7 ∙ 12 ∙ 2 ∙ 1 778 - 1000 ∙ 2 ∙ 1 778 = 1,98   B t u

Resposta

∆ U g a s = 1,98   B t u

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